一种利用太阳能提温的气包式堆肥装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及固体废物处理装置技术领域，具体涉及一种利用太阳能提温的气包式堆肥装置。


背景技术：

[0002]
随着我国经济的发展，固体废弃物的产生量日益增多，其无害化、资源化处理成为当下关注的热点问题。好氧堆肥是在有氧存在条件下，依靠好氧微生物的作用，使有机物转化为简单而稳定的腐殖质的过程，具有处理成本低、操作简单、能实现废物资源化利用等优点，被认为是固体废弃物处理的重要方法。在堆肥过程中，需要为微生物创造良好的生长条件，特别是为微生物创造良好的高温条件，以杀死堆肥底物中的病菌和虫卵，而在实际堆肥工艺中，堆肥装置内温度往往达不到微生物生命活动所需温度，需要额外热源提升堆肥装置内温度。太阳能具有清洁、易得、丰富的优点，可被用于提升堆肥装置温度。此外，堆肥过程中释放的臭气受到越来越多的关注，尤其地，堆肥高温阶段产生的氨气的释放不仅仅会造成氮源损失，还会引起环境污染。目前，已有研究发现，堆肥反应产生的氨气在腐熟阶段可被微生物利用转化为硝酸盐，从而实现氨资源的回收，并减少氨排放，这为减少堆肥氨气污染提供了一条可能途径。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，并提供一种利用太阳能提温的气包式堆肥装置，通过利用太阳能提高堆肥装置内温度，保证堆肥反应的顺利进行，还能利用堆肥反应过程中生成的nh
3
，减少氨排放，降低环境污染。
[0004]
本实用新型采用的具体技术方案如下：
[0005]
一种利用太阳能提温的气包式堆肥装置，其包括太阳能供热装置、冷水管路及好氧堆肥装置；
[0006]
所述太阳能供热装置包括平板太阳能集热器、蓄水箱和第一热水循环管路，所述第一热水循环管路的进水端和出水端均与所述平板太阳能集热器相连通，第一热水循环管路的主体部分设置于蓄水箱箱体内部；所述蓄水箱通过排水管与外部连通，排水管上设置有控制阀门；
[0007]
所述好氧堆肥装置包括发酵仓、气体通道和气包，所述气包、气体通道和发酵仓由上到下依次连通，且连接处密闭；所述发酵仓的外壳中空，外壳的中空内腔上设有进水口和出水口，所述进水口和出水口均通过第二热水循环管路与所述蓄水箱相连通，在所述进水口处设有第一温度传感器；所述发酵仓内部的中下方设有螺旋搅拌装置，用于搅拌堆肥物料；所述螺旋搅拌装置下方设有布气板，布气板上设有均匀分布的通孔；所述布气板下方设有布气管，布气管深入到发酵仓内部，布气管的进气口与外部的曝气泵相连通；所述发酵仓底部设有引流斜坡；所述发酵仓侧壁靠近引流斜坡底部位置设有排液口，在靠近布气板上方的发酵仓侧壁设有取样口和出料口，发酵仓的侧壁靠近顶部位置设有进料口，在发酵仓
的内顶部还设有第二温度传感器；所述气体通道内设有用于混合气体的风扇，在气体通道的侧壁开设排气口；
[0008]
所述冷水管路的出水端分为两条支路，第一出水支路与所述蓄水箱相连通用于供水，冷水管路的第二出水支路与所述进水口前端的第二热水循环管路相连通；在所述第二出水支路上设有流量调节阀。
[0009]
作为优选，所述平板太阳能集热器的上部设有双层透明盖板，下部设有保温层，所述透明盖板的材质为平板玻璃，平板太阳能集热器与地面的夹角可调节。
[0010]
作为优选，所述蓄水箱的箱体设有保温层，保温层厚度为2～5cm，第一热水循环管路的主体部分在蓄水箱内均匀布设；所述发酵仓的外壁采用保温材料，保温层厚度为2～5cm，发酵仓的内壁采用导热材料。
[0011]
作为优选，所述第一热水循环管路和第二热水循环管路上分别设有用于提供循环动力的第一水泵和第二水泵。
[0012]
作为优选，所述气体通道为圆柱形通道，气体通道的直径为发酵仓最大直径的3/4，所述气包进气口的直径与气体通道的直径相等；所述气包的材质为硅橡胶。
[0013]
作为优选，所述螺旋搅拌装置设置于距发酵仓底部1/3的高度处，由外部的电机驱动运转；螺旋搅拌装置的驱动轴两端分别通过第一轴承和第二轴承固定于发酵仓侧壁，且平行于发酵仓底部所在平面。
[0014]
作为优选，所述进料口和出料口分别设有进料挡板和出料挡板，所述挡板与发酵仓侧壁的夹角为37
°
～45
°
。
[0015]
作为优选，所述布气板为筛板，筛板可拆卸式安装于发酵仓内壁上；所述引流斜坡的坡度角为5～10
°
。
[0016]
作为优选，本实用新型的装置还包括气体分析仪和控制装置，所述气体分析仪设于气体通道内；所述第一水泵、第二水泵、曝气泵、第一温度传感器、第二温度传感器、气体分析仪、风扇、电机均与控制装置相连。
[0017]
相对于现有技术，本实用新型的优点在于：
[0018]
1)本实用新型通过太阳能供热装置直接将太阳能转化为热能，通过对好氧堆肥装置的设计，使得该好氧堆肥装置能利用太阳能对堆肥物料进行提温，在低能耗的情况下可使堆肥温度达到60
°
～70
°
；
[0019]
2)本实用新型通过使用太阳能供热装置，不仅仅可以实现好氧堆肥装置的提温，而且可以将蓄水箱内的热水用于日常生活(如淋浴、洗衣等)中；
[0020]
3)本实用新型通过调节冷水管路水流的大小来控制好养堆肥装置内的温度，以满足堆肥不同阶段对于温度的要求，维持堆肥微生物正常的生理代谢活动，从而加快堆肥的腐熟与加深腐熟程度；
[0021]
4)本实用新型通过好氧堆肥装置实现了对nh
3
的转化利用，达到了减少nh
3
排放的目的，减少了环境污染；
[0022]
5)本实用新型的装置设有温度传感器、气体分析仪等检测仪器，可实现对堆肥反应条件的实时监控，以便于对堆肥过程的管理。
附图说明
[0023]
图1为本实用新型的结构示意图；
[0024]
图2为图1中气包式好氧堆肥装置的局部放大示意图。
[0025]
图中附图标记为：1平板太阳能集热器，2蓄水箱，3第一热水循环管路，4-1第一水泵，4-2第二水泵，5冷水管路，6排水管，7流量调节阀，8控制装置，9曝气泵，10-1第一温度传感器，10-2第二温度传感器，11气体分析仪，12第二热水循环管路，13-1第一轴承，13-2第二轴承，14取样口，15布气管，16气包，17排气口，18气体通道，19风扇，20进料口，21进料挡板，22发酵仓，23出料口，24出料挡板，25排液口，26螺旋搅拌装置，27驱动轴，28布气板，29引流斜坡，30电机。
具体实施方式
[0026]
下面将结合本实用新型实施例中的附图作进一步详细描述。
[0027]
如图1所示，为本实用新型的一种利用太阳能提温的气包式堆肥装置，气包式堆肥装置主要包括太阳能供热装置、冷水管路5及好氧堆肥装置；
[0028]
其中，太阳能供热装置包括平板太阳能集热器1、蓄水箱2和第一热水循环管路3，第一热水循环管路3的进水端和出水端均与平板太阳能集热器1的内部相连通，第一热水循环管路3的主体部分设置于蓄水箱2箱体内部，平板太阳能集热器1将收集的太阳能热量传导给蓄水箱2中的水。第一热水循环管路3上设有用于提供循环动力的第一水泵4-1。蓄水箱2箱体设有保温层，保温层厚度为2～5cm，保温材料为pe，可减少热量损失。在实际应用时，可以将第一热水循环管路3的主体部分呈s形均匀分布在蓄水箱2内部，这样可以使得第一热水循环管路3中的水流与蓄水箱2内部水流的热传导效率更高。平板太阳能集热器1的上部设有双层透明盖板，透明盖板的材质为平板玻璃；平板太阳能集热器1的下部设有保温层，保温层厚度为2～5cm。为适应不同季节要求，在平板太阳能集热器1底部还设有支撑架，可用于调节平板太阳能集热器1与地面的夹角位置，以便更有效的收集太阳能。蓄水箱2上还设有排水口，该排水口通过排水管6与外部连通，排水管6上设置有控制阀门，蓄水箱2内的热水可通过排水管6排出用于生产生活。
[0029]
好氧堆肥装置包括发酵仓22、气体通道18和气包16，其中，气包16、气体通道18和发酵仓22由上到下依次连通，并且各部分相互连接处呈密封状态，使得内部气体不会逸出。气体通道18可以为圆柱形通道，气体通道18的直径约是发酵仓22最大直径的3/4，气包16进气口的直径与气体通道18的直径相等，在进水口处设有第一温度传感器10-1。其中，气包16的材质可以为硅橡胶，在堆肥过程中，气包16可以随着产生气体的多少鼓胀或者干瘪。发酵仓22的外壳中空，在外壳的中空内腔上设有进水口和出水口，进水口和出水口均通过第二热水循环管路12与蓄水箱2相连通，蓄水箱2内的水流可以通过第二热水循环管路12进入发酵仓22壳体的中空腔室，由于发酵仓22的外壁采用保温材料，保温层厚度为2～5cm，发酵仓22的内壁采用导热材料，因此通过中空腔室中水流的导热效应，可以对发酵仓22内的堆肥物料进行温度调控，改变温度的结果可以反应在第一温度传感器10-1中。第二热水循环管路12上设有用于提供循环动力的第二水泵4-2。第一温度传感器10-1可以设置在进水口附近，比如第二热水循环管路12进水段末端或者进水口上，主要为了监测混合水流进入发酵仓22外壳中空腔室的水流温度。
[0030]
发酵仓22内部的中下方设有螺旋搅拌装置26，用于搅拌堆肥物料。该螺旋搅拌装置26设置于距发酵仓22底部1/3的高度处，由外部的电机30驱动运转，可以对物料进行上下翻动。螺旋搅拌装置26的驱动轴27两端分别通过第一轴承13-1和第二轴承13-2固定于发酵仓22的侧壁上，而且驱动轴27平行于发酵仓22底部所在平面。螺旋搅拌装置26的下方设有布气板28，布气板28上设有均匀分布的通孔。布气板28可以为筛板，筛板可拆卸式安装于发酵仓22内壁上，布气板28不仅能均匀布气，还有支承拦截堆肥物料的作用，堆肥物料产生的渗滤液通过布气板28上的孔道在重力作用下汇集至发酵仓22底部。布气板28下方设有布气管15，布气管15为中空硬质管材质且长度较长，可以深入到发酵仓22内部进行布气，而且布气管15的进气口与外部的曝气泵9相连通，通过曝气泵9的作用鼓入空气。发酵仓22底部还设有引流斜坡29，引流斜坡29的坡度角为5～10
°
。在发酵仓22的侧壁靠近引流斜坡29底部位置上设有排液口25，用于排出经过引流斜坡29引流作用下的渗滤液。在靠近布气板28上方的发酵仓22侧壁上设有取样口14和出料口23，在堆肥过程中，可以根据需要从取样口14中获取堆肥样品进行测定；堆肥完成后可以打开出料口23，将发酵好的堆肥产物以及未降解的物料清理出发酵仓22。发酵仓22的侧壁靠近顶部位置设有进料口20，进料口20和出料口23分别设有进料挡板21和出料挡板24，挡板与发酵仓22侧壁的夹角为37
°
～45
°
。在发酵仓22的内顶部还设有第二温度传感器10-2。气体通道18内设有用于混合气体的风扇19，在气体通道18的侧壁开设排气口17。为了使气体混合更加充分，可以将风扇19安装于气体通道18中央，堆肥过程产生的残余气体可通过排气口17排出。在气体通道18内还可设置有用于分析堆肥装置内气体成分与浓度的气体分析仪11，根据需要对气体进行检测。
[0031]
在实际应用时，为了更好的实现对堆肥情况的实时监测与优化，装置中的第一水泵4-1、第二水泵4-2、曝气泵9、第一温度传感器10-1、第二温度传感器10-2、气体分析仪11、风扇19、电机30可以与控制装置8相连。
[0032]
冷水管路5的出水端分为两条支路，其中，第一出水支路与蓄水箱2相连通，用于向蓄水箱2内提供水源；冷水管路5的第二出水支路与进水口前端的第二热水循环管路12相连通，而且在第二出水支路上设有流量调节阀7，可以根据所需温度调节流量调节阀7来控制进入发酵仓22外壳中空腔室的水流温度。
[0033]
采用上述气包式堆肥装置进行堆肥的具体过程如下：
[0034]
首先，打开进料口20，将待堆肥物料通过进料口20投入发酵仓22内，投加完成后关闭进料口20进行物料堆肥。在堆肥过程中堆肥物料产生的部分气体通过排气口17排出，产生的渗滤液经引流斜坡29的引流作用通过排液口25排出。堆肥过程中可以根据需要从取样口14获取堆肥样品定期进行测定。待堆肥物料在发酵仓22内通过螺旋搅拌装置26的翻堆作用和布气管15的曝气作用，完成整个堆肥过程，该堆肥过程主要包括升温阶段、高温阶段、降温阶段和腐熟阶段。堆肥完成后，打开出料口23，将发酵好的堆肥产物以及未降解的物料清理出发酵仓22。
[0035]
在堆肥过程中，平板太阳能集热器1将收集到的热量传导给管路中的水，使水温升高，在第一水泵4-1的驱动下通过第一热水循环管路3形成热水循环。置于蓄水箱2内的第一热水循环管路3主体部分与蓄水箱2内的冷水进行热量交换，从而使蓄水箱2内的水温升高。通过第二水泵4-2将蓄水箱2内加热后的水不断送入发酵仓22中空外壳内的第二热水循环管路12中，使发酵仓22升温。
[0036]
第二温度传感器10-2用于监测发酵仓22内的实时温度，第一温度传感器10-1用于监测进入发酵仓22内水流的实时温度。主要调节过程如下：当发酵仓22内温度高于堆肥所需温度时，通过调节流量调节阀7来增加汇入第二热水循环管路12中的冷水流量，降低进入发酵仓22内的水流温度，从而降低发酵仓22内的温度；当发酵仓22内温度低于堆肥所需温度时，通过调节流量调节阀7来减少汇入第二热水循环管路12中的冷水流量，提高进入发酵仓22内的水流温度，从而提高发酵仓22内温度。
[0037]
换句话说，由于不同堆肥阶段对温度要求不同，发酵仓22的温度应在10～70℃变化，应根据反应阶段调控温度，通过第二温度传感器10-2、气体分析仪11以及气包16的体积大小综合判断堆肥状态。当需要升温时，减少流量调节阀7阀门开关幅度，降低冷热水比例，实现升温；当需要降温时，增大流量调节阀7阀门开关幅度，提高冷热水比例，实现降温。
[0038]
在堆肥过程中，风扇19一直处于开启的状态，通过风扇19的扰动作用使气包16、气体通道18、发酵仓22内的气体充分混合。开启曝气泵9通过布气管15定时向发酵仓22内鼓入空气，随着空气的鼓入，气包16的体积逐渐增大，当气体完全充满气包16时关闭曝气泵9。在过程中可以通过气体分析仪11定期检测好氧堆肥装置内的气体成分。
[0039]
随着堆肥的进行，好氧堆肥装置内的o
2
被堆肥物料中的微生物不断消耗，并生成了包括nh
3
、co
2
在内的新气体，在风扇19的作用下，好氧堆肥装置内的气体充分混合并与发酵仓22内的物料接触。在o
2
存在的情况下，由于物料中微生物的作用使nh
3
转化为硝酸盐，从而好氧堆肥装置内空气体积减少，气包16逐渐恢复干瘪状态。当气包16逐渐恢复干瘪状态后，可以打开排气口17排出好氧堆肥装置内的剩余气体，并重新开启曝气泵9向发酵仓22内补充空气，对发酵仓22内的物料继续进行堆肥。
[0040]
在堆肥过程中，气包体积大小变化可反映堆肥反应的进程，当气包处于干瘪状态时，可补充氧气进行充分堆肥，或者判断堆肥物料已腐熟后将堆肥产品从出料口23排出发酵仓。实际应用过程中，发酵仓22内堆肥物料的体积不宜超过发酵仓22体积的1/2，而且在寒冷季节应适当减少堆肥物料量。而且可以根据发酵温度、气体成分、气包16体积大小、物料特性的变化，通过控制装置8控制曝气泵调整曝气量的大小。
[0041]
在堆肥过程中，还可以通过控制装置8启动电机30，开启螺旋搅拌装置26，对堆肥物料进行翻堆。在以下情况时应开启螺旋搅拌装置26：
①
向发酵仓22内投加堆肥物料时；
②
向发酵仓22内投加菌剂时；
③
当气包16完成一次膨胀-收缩过程时。
[0042]
蓄水箱2内的热水可通过排水管6排出，可用于生产生活，在外排水量较多时，应补充冷水增加蓄水箱2内的水，当冷水补充量超过蓄水箱2的容积时，应适当排出蓄水箱2内的水，这样，蓄水箱2内的热水不仅仅可以用于堆肥装置的水循环，还可用于生活(如淋浴等)。
[0043]
在使用过程中，本实用新型的装置应置于水平地面上，以方便液体的排出，在好氧堆肥装置顶部可加顶棚来加强对气包的保护。并且应定期打开排液口25排出发酵仓22底部的渗滤液，定期打开排气口17排出堆肥装置内残余的气体。当堆肥完成后，打开出料口23，可配合铲子将堆肥产物从发酵仓22中排出。
[0044]
以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

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